李松強 張 曄

芬蘭PLANMED乳腺機結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)良，是一種非常實用的乳腺體檢設(shè)備。我院自1996年引進該設(shè)備以來，至今仍然應(yīng)用于一線科室的臨床之中。但由于該機生產(chǎn)年代已久，很多維修保障條件不足，常需要自省解決和處理一些設(shè)備的故障問題，而許多故障是必須深入了解機器的原理和構(gòu)造并分析其電腦線路的具體組成才能進行維修。

1 常見故障現(xiàn)象及分析

1.1 故障查詢

開機報錯Err20，隨后按動CTL鍵可以清除。但操作其他鍵所對應(yīng)的動作反應(yīng)遲鈍，有些動作還不執(zhí)行，關(guān)機后再開機報錯Err20。通過對PLANMED手冊的查詢顯示，Err20為鏡電機(Mirror Motor)運行時間超出，但按照手冊所提示的解決方法進行逐一嘗試性維修，均未能解決。

1.2 故障分析

PLANMED乳腺機有近10種不同的電機，首先應(yīng)確定鏡電機的位置及作用原理。經(jīng)過按圖索驥的方法，確定鏡電機的位置在PLANMED乳腺機的機頭內(nèi)，是組合Collimator的組成部分，所起的作用是控制Collimator內(nèi)反光板的反光角度[1]。

經(jīng)過反復(fù)開機驗證，發(fā)現(xiàn)該電機不運動，人工調(diào)節(jié)反光板螺桿，并未發(fā)現(xiàn)有很大的阻尼障礙，檢查步進電機，也未發(fā)現(xiàn)明顯的損壞特征，初步分析為控制電路故障[2]。

1.3 電路分析

經(jīng)查，該電機控制電路集成在TUBE Processor板中，該板是PLANMED乳腺機中一塊主管X線球管參數(shù)的微處理器控制板[3]。常規(guī)處理方式應(yīng)更換該板，但由于價格昂貴及供貨周期長等因素嘗試自行維修，通過目測觀察發(fā)現(xiàn)在TUBE Processor板上找到了一款步進電機控制芯片UDN2916LB。

2 步進電機控制芯片UDN2916LB原理

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款兩相步進電機雙極驅(qū)動集成電路，能夠驅(qū)動雙繞組雙極步進電機，特別適用于目前國內(nèi)稅控市場雙步進微型打印機電機的控制[4]。

UDN2916LB適用的電機電壓范圍為10～45 V，邏輯電壓不能超過7 V；通過內(nèi)部脈寬調(diào)制控制器(PWM)可實現(xiàn)最大750 mA的輸出電流；內(nèi)置1/3和2/3分割器；邏輯輸入實現(xiàn)1相/2相/W1-2phase激勵模式；內(nèi)置過熱和交叉電流保護功能；集成鉗位二極管；內(nèi)置防止低壓誤操作等保護功能。UDN2916LB內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，芯片由2組電路構(gòu)成，每組電路由PWM控制器、電橋及輔助電路組成。

圖1 UDN2916LB內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2.1 PWM電流控制電路

每個PWM控制器由一組電橋、一個外部檢測電阻(RS)、一個內(nèi)部比較器和一個多諧振蕩器組成，獨立檢測和控制輸出電流[5](如圖2所示)。

圖2 PWM電流控制電路

當電橋?qū)〞r，電機線圈中電流開始增大，電流通過外部檢測電阻產(chǎn)生的檢測電壓相應(yīng)增大。當檢測電壓達到比較器輸入端設(shè)定電壓值時，線圈中電流ITRIP=VREF/10 RS，這時比較器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)關(guān)閉電橋的源驅(qū)動。內(nèi)部邏輯和轉(zhuǎn)換開關(guān)的延遲(td)典型值為2 μs，這種延遲會導(dǎo)致實際負載電流峰值稍高于理論值。當電橋關(guān)閉后，電機電流開始衰減，通過地鉗位二極管和接收晶體管回流。源驅(qū)動關(guān)閉時間toff由單穩(wěn)態(tài)的外部RC決定，toff=RTCT，一般RT取值范圍在20～100 kΩ，CT取值范圍在100～1000 pf。PWM輸出電流波形如圖3所示，負載電流路徑如圖4所示。

圖3 PWM輸出電流波形

圖4 負載電流路徑

芯片5腳和9腳外接電阻RT和電容CT，RT和CT組成的RC電路產(chǎn)生固定頻率信號，作為其內(nèi)部單穩(wěn)多諧振蕩器的振蕩源，該振蕩器與比較器共同作用將采樣的電流大小反應(yīng)到源輸出端。當電流值達到理論設(shè)定值時，源輸出端變?yōu)闊o效，當電流值小于理論設(shè)定值時，源輸出端變?yōu)橛行?。其中RC參數(shù)選擇較為重要，設(shè)計時往往會忽略其參數(shù)要求。如使用不當則會引起芯片燒壞，或發(fā)出噪聲等異?，F(xiàn)象。

在實際電路設(shè)計應(yīng)用中對RT和CT參數(shù)取值容易忽略，RT取值精度應(yīng)≥1%，CT應(yīng)選用NPO類型和精度≥5%的電容，這樣可以有效固定toff時間，達到電流的最佳控制。而采樣電阻取值大小決定了步進電機線圈電流的大小，電阻大則線圈電流太小，步進電機驅(qū)動無力；電阻小則線圈電流太大，會燒壞步進電機線圈。UDN2916LB最大輸出電流Ioutput=0.75 A。

假設(shè)采樣電阻Rs使用1.0 Ω高精度電阻，參考電壓取最大為5 V時，要求最大輸出電流IOUTPUT=VREF/(10×RS)=5/(10×1)=0.5 A。電阻功率P=I2R=0.5×0.5×1=0.25 W＜0.5 W。因此，采樣電阻Rs功率使用0.5 W足矣。

2.2 輸出電流的邏輯控制

輸入邏輯信號l0和I1用于選擇電機線圈電流，可設(shè)定為最大電流的100%、67%、33%或0%。0%的輸出電流值說明電橋關(guān)閉了所有驅(qū)動，并且也作為一個輸出特性(見表1)。

表1 電流控制真值表

2.3 電機控制芯片UDN2916LB

UDN2916LB具有接口簡單、使用方便、便于精密輸出控制等特點，同時又具備防止過溫、誤操作等特點。按照電路圖使用萬用表測量UDN2916LB的Pin20和Pin23，對Pin18和Pin24測量的電阻發(fā)現(xiàn)，這些腳對地為短路狀態(tài)，對電源為斷路狀態(tài)。分析判定為該芯片擊穿損壞，更換該芯片后故障狀態(tài)消除，恢復(fù)正常工作。

3 經(jīng)驗總結(jié)

PLANMED乳腺機Collimator系統(tǒng)由微處理控制的步進電機以及位置傳感器所組成，由于無位置記憶傳感器，因此開機需要運行步進電機到達位置傳感器，以便初始化Collimator遮擋其中包括鏡電機的位置。由于程序初始運行到此步驟時鏡電機未運動，便產(chǎn)生了Err20故障，因是一次性檢測，故可按動CTL鍵清除故障。但有可能是由于無Collimator的初始化結(jié)果而導(dǎo)致以后的工作程序失常，這是經(jīng)過認真分析后對故障現(xiàn)象唯一能得出的解釋，供同行借鑒參考。

[1]王瑞玉,張連強,王丹.醫(yī)用數(shù)字乳腺X射線機原理構(gòu)造和維修[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2007.

[2]祁增凌,鐘姍姍,蘇韶生.GE Senographe 2000D數(shù)字化乳腺機的維修[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2011,8(7):82.

[3]石樹強,劉文奇.PLANMED乳腺X線機PFC電路的特點及故障解決[J].醫(yī)用放射技術(shù)雜志,2007(8):70-71.

[4]陳磊.步進電機控制芯片UDN2916LB及其應(yīng)用[J].世界電子元器件雜志,2006(5):45-46.

[5]賀小光,藍諷,陳敬艷.PWM可調(diào)直流穩(wěn)壓控制電源電路的設(shè)計研究[J].東北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,42(2):73-77.